Java设计模式-享元模式

一、享元模式定义

享元模式是一种结构型设计模式，主要用于减少创建对象的数量，通过共享技术来有效支持大量细粒度对象的复用，避免大量相似对象的开销，从而减少内存占用并提高系统性能。

二、享元模式角色构成

• 抽象享元（Flyweight）：定义享元对象的接口，规定具体享元类需要实现的方法，通过这些方法可操作享元对象的内在状态以及接收外在状态参数。
• 具体享元（ConcreteFlyweight）：实现抽象享元类的接口，负责存储和管理享元对象的内在状态，实现相关业务逻辑方法，相同类型的具体享元对象可被多个地方共享使用。
• 享元工厂（FlyweightFactory）：负责创建和管理享元对象，维护一个享元对象的缓存池，当客户端请求时，先检查缓存池中是否存在该对象，存在则直接返回，否则创建新的享元对象放入缓存池后再返回给客户端。
• 客户端（Client）：负责使用享元对象，向享元工厂请求享元对象，并通过调用享元对象的方法来完成业务逻辑，调用时传入相应的外在状态参数，以区分不同情况下享元对象的具体行为。

三、享元模式适用场景

• 游戏开发：如大型多人在线游戏中有大量的怪物、道具等对象。同类型的怪物具有相同的生命值、攻击力等属性，道具也有相同的属性和功能等，可将这些相同的属性作为内部状态共享，而怪物的位置、道具的持有玩家等作为外部状态，减少对象创建数量。
• 图形绘制：在绘图软件中，绘制大量相同形状但位置不同的图形，如多个相同的圆形、矩形等。可将图形的形状、颜色等属性作为共享的内部状态，图形的坐标位置等作为外部状态。
• 缓存系统：缓存中的数据很多时候具有相似性，比如缓存网页片段、数据库查询结果等。可以把相同的缓存内容作为共享的内部状态，而缓存的时间戳、缓存的来源等作为外部状态。

四、享元模式优缺点

• 优点节省内存：对于大量重复出现且有相同部分属性的对象，只存储一份共有的内在状态，大大减少内存占用。提高性能：复用已有的享元对象，避免频繁创建对象的开销，提升程序整体性能，在处理大量对象时效果明显。便于维护：享元工厂集中管理享元对象，当需要对共享对象进行修改或扩展时，只需在享元工厂和具体享元类中进行操作，便于维护和管理。
• 缺点增加复杂性：需要将对象的状态分为内部状态和外部状态，增加了程序设计和实现的复杂性，使程序逻辑更难理解。运行时间变长：读取享元模式的外部状态可能会使运行时间稍微变长，因为需要额外的操作来处理外部状态。线程安全问题：在多线程环境下，共享的享元对象可能会引起线程安全问题，需要进行适当的同步处理。

五、享元模式Java代码样例

// 抽象享元类，定义字符的基本操作接口
abstract class CharacterFlyweight {
    public abstract void display(char extrinsicState);
}

// 具体享元类，比如这里以英文字母为例
class ConcreteCharacterFlyweight extends CharacterFlyweight {
    private char intrinsicState; // 内在状态，这里假设是字符本身

    public ConcreteCharacterFlyweight(char c) {
        this.intrinsicState = c;
    }

    @Override
    public void display(char extrinsicState) {
        System.out.println("显示字符" + intrinsicState + "，外在状态（位置等）：" + extrinsicState);
    }
}

// 享元工厂类，用于创建和管理享元对象
class CharacterFlyweightFactory {
    private Map flyweights = new HashMap<>();

    public CharacterFlyweight getCharacterFlyweight(char c) {
        if (flyweights.containsKey(c)) {
            return flyweights.get(c);
        } else {
            CharacterFlyweight newFlyweight = new ConcreteCharacterFlyweight(c);
            flyweights.put(c, newFlyweight);
            return newFlyweight;
        }
    }
}

// 客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        CharacterFlyweightFactory factory = new CharacterFlyweightFactory();

        CharacterFlyweight charA = factory.getCharacterFlyweight('A');
        charA.display('1');

        CharacterFlyweight charB = factory.getCharacterFlyweight('B');
        charB.display('2');

        CharacterFlyweight charAAgain = factory.getCharacterFlyweight('A');
        charAAgain.display('3');
    }
}

在上述代码中，CharacterFlyweight是抽象享元类，
ConcreteCharacterFlyweight是具体享元类，CharacterFlyweightFactory是享元工厂类，Client是客户端。客户端通过享元工厂获取享元对象，并传入外部状态来调用享元对象的方法，实现了享元模式的基本功能。